ATLAS, nadir görülen bir parçacık bozunmasında Higgs bozonu çiftlerini inceliyor
Higgs bozonu 2012’de keşfedildiğinden beri, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı‘ndaki (LHC) bilim adamları, bu çok özel parçacığın özelliklerini ve bunun temel parçacıkların kütlesinin oluşumu için gerekli olan temel mekanizma ile ilişkisini inceliyorlar.
Deneysel olarak doğrulanması gereken bir özellik, Higgs bozonunun kendi kendine eşleşme olarak bilinen kendi kendine çiftlenip eşleşemeyeceğidir. Böyle bir etkileşim, Standart Modelde inanılmaz derecede nadir bir süreç olan LHC’nin yüksek enerjili proton-proton çarpışmalarında bir çift Higgs bozonunun üretimine katkıda bulunacaktır – tek bir Higgs bozonunun üretiminden 1000 kat daha nadirdir! Öngörülen değerden farklı bir Higgs bozonu kendi kendine eşleşmesini ölçmenin önemli sonuçları olacaktır; Evren daha düşük bir enerji durumuna geçebilir ve maddenin etkileşimlerini yöneten yasalar çok farklı bir şekil alabilir.
Devam eden Rencontres de Moriond konferansında, ATLAS işbirliği bu soruyu daha da araştıran bir çalışmanın sonucunu sundu. ATLAS fizikçileri, LHC çarpışmalarında bulunabilecek yakından ilişkili iki Higgs-çifti üretim sürecini aradılar, ancak bunlardan yalnızca biri Higgs bozonu kendi kendine eşleşmesiyle ilgilidir ve toplam kütleleri düşük olduğunda Higgs çiftlerinin üretimine olumlu katkıda bulunur. . Bu iki süreç kuantum mekaniğine müdahale eder ve Standart Modelde Higgs bozon çifti üretimini bastırır. Yeni bir fizik fenomeni işin içindeyse, Higgs bozonu kendi kendine eşleşmesini değiştirebilir ve ATLAS beklenenden daha fazla Higgs bozonu çifti görebilir – veya parçacık fiziğinin deyimiyle, daha yüksek bir kesiti ölçebilir.
ATLAS fizikçileri, yeni çalışmaları için, iki Higgs bozonundan birinin iki fotona bozunması ve diğerinin iki alt kuarka (HH → ɣɣbb) dönüştüğü nadir süreci araştırmak için yeni analiz teknikleri geliştirdiler. İlk olarak, Higgs bozonu kendi kendine eşleşmesine karşı hassasiyeti optimize etmek için proton-proton çarpışma olaylarını düşük ve yüksek kütleli bölgelere ayırdılar. Daha sonra, bir makine öğrenme algoritması kullanarak, HH → ɣɣbb sürecine benzeyen olayları, olmayanlardan ayırdılar.
Son olarak, Higgs-çifti üretimi için enine kesiti belirlediler ve Higgs bozonu kendi kendine eşleşmesinin Standart Model değerine oranının bir fonksiyonu olarak nasıl değiştiğini gözlemlediler. Bu, ATLAS’ın Higgs bozonu kendi kendine eşleşmesini Standart Model öngörüsünün –1,5 ila 6,7 katı arasında ve ayrıca Higgs-çifti üretim kesitini kısıtlamasına izin verdi. Higgs bozonu kendi kendine eşleşmesinin sonucu, önceki ATLAS’ın aynı Higgs-çifti bozunma kanalıyla sonuçlanmasının iki katından daha güçlüdür.
Bu sonuç, Higgs bozonu kendiliğinden eşleşmenin boyutu üzerinde dünyanın en iyi kısıtlamalarını oluştursa da, çalışma daha yeni başlıyor. Standart Model tahminine yakın olsaydı, Higgs bozonu kendi kendine eşleşmesini gözlemlemek için çok daha fazla veriye ihtiyaç duyulacağından bu, gelecek şeyin bir önizlemesidir. Higgs bozonu kendi kendine eşleşmesini gözlemlemek, gerçekten de Yüksek Parlaklıklı LHC (HL-LHC) programının yükselme nedenlerinden biridir; bu, 2020’lerin sonlarında faaliyete geçmesi planlanan LHC’nin bir yükseltmesidir. HL-LHC’nin bu analizde kullanılandan 20 kat daha büyük bir veri seti sunması ve daha yüksek çarpışma enerjisinde çalışması bekleniyor. Higgs-çifti üretimi Standart Model tarafından öngörüldüğü gibi ise, bu devasa veri setinde gözlemlenmeli ve Higgs bozonunun kendisine bağlanmasının gücü hakkında daha nicel bir açıklama yapılacaktır.
moriond.in2p3.fr/QCD/2021/SundayMorning/Owen.pdf